近日，我校贾小云教授领衔的薯类作物种质创新团队在Biotechnology for Biofuels and Bioproducts（IF^5year= 6.485，1区Top）发表了题为“Integrated metabolic and transcriptional analysis reveals the role of carotenoid cleavage dioxygenase 4 (IbCCD4) in carotenoid accumulation in sweetpotato tuberous roots”的研究论文。该研究探讨了3个不同薯肉颜色（白、黄、橘）甘薯品种在6个不同发育阶段的类胡萝卜素代谢物种类、积累规律、及类胡萝卜素代谢相关基因的表达模式，揭示了调控甘薯块根类胡萝卜素生物合成及降解的关键酶基因，并发现类胡萝卜素合成与降解的动态平衡决定着甘薯块根类胡萝卜素的积累量（图1）。将其中的一个降解基因类胡萝卜素裂解双加氧酶（IbCCD4）通过甘薯的遗传转化、Y1H等生理生化分析证明IbCCD4可能通过调控IbWRKY20和IbCBF2等转录因子负调控甘薯块根类胡萝卜素的积累（图2）。该研究初步明确了甘薯块根类胡萝卜素生物合成与调控的核心成员。

图1 甘薯块根类胡萝卜素代谢途径及相关基因表达分析

图2 过量表达IbCCD4降低了甘薯块根中类胡萝卜素含量

类胡萝卜素是一类脂溶性色素，是哺乳动物合成维生素A的前体。大多数动物都不能合成维生素A，必须通过摄入富含胡萝卜素的食物来合成维生素A。甘薯是世界卫生组织推荐的最佳抗氧化、抗癌的保健食品，也是保障国家粮食安全的底线作物，而且富含类胡萝卜素甘薯新品种的培育可有效缓解非洲等发展中国家维生素A缺乏症（如夜盲症、干眼病）的现状。然而，甘薯块根富集类胡萝卜素的机制还未解析。贾小云教授团队近年来应用多组学技术对甘薯优异种质资源进行了系统的研究，并应用基因编辑技术创制了一些富含类胡萝卜素和花青素的新种质，部分相关研究已经在SCI二区top等杂志发表(Plant Physiology and Biochemistry,2020,156:323-332;International Journal of Molecular Sciences, 2022,23(17):9963; Plant Physiology and Biochemistry,2020,154: 379-386)。本研究主要聚焦于地下块根类植物甘薯类胡萝卜素积累和调控方面的研究。研究结果将有助于解析甘薯块根中类胡萝卜素的代谢机理，并为利用基因编辑技术创制类胡萝卜营养强化型的甘薯新种质提供了基因资源和技术支撑，助力功能甘薯产业的发展和乡村振兴。

我校作物学博士研究生张洁为该论文的第一作者，贾小云教授为通讯作者。团队成员董静静博士、赵彩良博士、贺立恒教授、唐锐敏副教授、王文斌教授、李润植教授，山西农业大学棉花所甘薯课题组武宗信、谢红娥，河南大学棉花生物学国家重点实验室/生命科学学院王玉杰硕士、浙江农科院作物与核技术研究所季志仙研究员、徐州农科院曹清河研究员和肯塔基大学的袁凌教授也参与了本研究工作。本研究受到国家重点研发计划（2018YFD1000700, 2018YFD1000705）、山西省农业科学院应用基础研究计划（YGC2019FZ4）、山西省研究生科研创新计划（2020BY057）、高端外国专家引进计划（G2022004007L）等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1186/s13068-023-02299-y